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Integrating CART Algorithm and Multi-source Remote Sensing Data to Estimate Sub-pixel Impervious Surface Coverage:A Case Study from Beijing Municipality,China

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Chinese Geographical Science 2017年第4期27卷 614-625页

作者： HU Deyong CHEN Shanshan QIAO Kun cao shisong College of Resource Environment and Tourism Capital Normal University College of Resources Science and Technology Beijing Normal University

The sub-pixel impervious surface percentage(SPIS) is the fraction of impervious surface area in one pixel,and it is an important indicator of *** remote sensing data,the spatial distribution of SPIS values over large areas can be extracted,and these data are significant for studies of urban climate,environment and *** develop a stabilized,multi-temporal SPIS estimation method suitable for typical temperate semi-arid climate zones with distinct seasons,an optimal model for estimating SPIS values within Beijing Municipality was built that is based on the classification and regression tree(CART) ***,models with different input variables for SPIS estimation were built by integrating multi-source remote sensing data with other auxiliary *** optimal model was selected through the analysis and comparison of the assessed accuracy of these ***,multi-temporal SPIS mapping was carried out based on the optimal *** results are as follows:1) multi-seasonal images and nighttime light(NTL) data are the optimal input variables for SPIS estimation within Beijing Municipality,where the intra-annual variability in vegetation is *** different spectral characteristics in the cultivated land caused by the different farming characteristics and vegetation phenology can be detected by the multi-seasonal images *** data can effectively reduce the misestimation caused by the spectral similarity between bare land and impervious *** testing,the SPIS modeling correlation coefficient(r) is approximately 0.86,the average error(AE) is approximately 12.8%,and the relative error(RE) is approximately 0.39.2) The SPIS results have been divided into areas with high-density impervious cover(70%–100%),medium-density impervious cover(40%–70%),low-density impervious cover(10%–40%) and natural cover(0%–10%).The SPIS model performed better in estimating values for high-density urban areas than other categories.3) Mul

关键词： impervious surface impervious surface percentage classification and regression tree(CART) sub-pixel sub-pixel impervious surface percentage(SPIS) time series

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Local climate zone mapping using remote sensing:a synergetic use of daytime multi-view Ziyuan-3 stereo imageries and Luojia-1 nighttime lightdata

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International Journal of Digital Earth 2023年第1期16卷 3456-3488页

作者： Ying Liang shisong cao Mingyi Du Linlin Lu Jie Jiang Jinling Quan Meizi Yang School of Geomatics and Urban Spatial Informatics Beijing University of Civil Engineering and ArchitectureBeijingPeople’s Republic of China Key Laboratory of Urban Spatial Information Ministry of Natural ResourcesBeijingPeople’s Republic of China Key Laboratory of Digital Earth Science Chinese Academy of SciencesAerospace Information Research InstituteBeijingPeople’s Republic of China State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System Chinese Academy of SciencesInstitute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchBeijingPeople’s Republic of China School of Architecture and Urban Planning Beijing University of Civil Engineering and ArchitectureBeijingPeople’s Republic of China

The local climate zone(LCZ)scheme has been widely utilized in regional climate modeling,urban planning,and thermal comfort ***,existing LCz classification methods face challenges in characterizing complex urban structures and human activities involving local climatic *** this study,we proposed a novel LCZ mapping method that fully uses space-borne multi-view and diurnal observations,*** Ziyuan-3 stereo imageries(2.1 m)and Luojia-1 nighttime light(NTL)data(130 m).Firstly,we performed land cover classification using multiple machine learning methods(*** forest(RF)and XGBoost algorithms)and various features(***,textural,multi-view features,3D urban structure parameters(USPs),and NTL).In addition,we developed a set of new cumulative elevation indexes to improve building roughness *** indexes can estimate building roughness directly from fused point clouds generated by both along-and across-track ***,based on the land cover and building roughness results,we extracted 2D and 3D USPs for different land covers and used multi-classifiers to perform LCZ *** results for Beijing,China,show that our method yielded satisfactory accuracy for LCZ mapping,with an overall accuracy(OA)of 90.46%.The overall accuracy of land cover classification using 3D USPs generated from both along-and across-track modes increased by 4.66%,compared to that of using the single along-track ***,the OA value of LCZ mapping using 2D and 3D USPs(88.18%)achieved a better result than using only 2D USPs(83.83%).The use of NTL data increased the classification accuracy of LCZs E(bare rock or paved)and F(bare soil or sand)by 6.54%and 3.94%,*** refined LCZ classification achieved through this study will not only contribute to more accurate regional climate modeling but also provide valuable guidance for urban planning initiatives aimed at enhancing thermal comfort and overall livabillity in urban areas

关键词： Local climate zone land cover three-dimensional urban structure parameters nighttime light multi-classifiers

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秦巴特困连片区生态资产与经济贫困的耦合关系

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地理研究 2015年第7期34卷 1295-1309页

作者：曹诗颂赵文吉段福洲首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 三维信息获取与应用教育部重点实验室北京100048

以秦巴特困连片区为例,利用遥感定量测量的方法对研究区生态系统功能和效益价值进行了评估,从自然、社会、经济三方面构建适合于特困连片区县域间进行对比的经济贫困评价指标体系,并对研究区生态资产与经济贫困的耦合协调度进行了分析... 详细信息

以秦巴特困连片区为例,利用遥感定量测量的方法对研究区生态系统功能和效益价值进行了评估,从自然、社会、经济三方面构建适合于特困连片区县域间进行对比的经济贫困评价指标体系,并对研究区生态资产与经济贫困的耦合协调度进行了分析。结果表明:秦巴特困连片区大部分县市生态资产与经济贫困存在较高的耦合度,具体表现为生态资产较低的地区,其经济贫困程度越高,生态资产与经济贫困协调程度以及发展的综合水平越低,生态资产与经济贫困为共生关系;进而得出应该将生态资产管理纳入地区扶贫大格局中的结论。最后,从退耕还林、生态移民、生态旅游以及生态城镇建设四个方面对特困连片区加强生态资产管理促进经济脱贫展开了讨论。

关键词：特困连片区生态资产经济贫困耦合协调度

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2005-2016年北京中心城区热岛时空格局及影响因子多元建模

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地球信息科学学报 2017年第11期19卷 1485-1494页

作者：于琛胡德勇曹诗颂陈姗姗首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 资源环境与地理信息系统北京市重点实验室北京100048

城市热岛效应作为城市范围的一种典型气候特征,在近年来受到了广泛的关注。了解城市热岛时空演变及形成原因对缓解城市热环境和提高人居舒适性有着重要意义。以北京市中心城区为例,首先,基于Landsat卫星2005、2010、2016年的热红外影像... 详细信息

城市热岛效应作为城市范围的一种典型气候特征,在近年来受到了广泛的关注。了解城市热岛时空演变及形成原因对缓解城市热环境和提高人居舒适性有着重要意义。以北京市中心城区为例,首先,基于Landsat卫星2005、2010、2016年的热红外影像数据反演得到地表温度,采用均值标准差方法对地表温度进行划分得到多等级的热岛强度,分析城市热岛的空间格局和随时间的演变规律;其次,提取不透水层、植被、裸土和水体4种典型地物类型,统计不同年份下各热岛强度之间的转移信息并计算相关的热力景观格局指数;接着,依据离市中心的距离将中心城区分为30级缓冲区,统计分析每一级缓冲区内各地物类型的面积比例与热岛强度信息。最后,以各地物类型的统计数据,结合离市中心的距离,建立各影响因子与热岛强度之间的多元关系模型,综合分析地物类型和市中心的距离变化对城市热岛的影响。结果表明:北京中心城区整体热岛强度呈逐年增长的趋势,高等级热岛强度的热力斑块面积逐步扩张,热力景观类型的多样性随时间推移呈下降态势。不透水层对热岛强度的影响较大,具体表现为不透水层盖度越高,热岛强度越大;热岛强度随离市中心距离的增大逐渐降低。

关键词：热岛强度地表温度中心城区时空格局不透水层盖度

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不透水地表盖度视角下中美城市群空间结构对比——以“京津冀”与“波士华”为例

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地理学报 2017年第6期72卷 1017-1031页

作者：曹诗颂胡德勇赵文吉陈姗姗程庆文首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 资源环境与地理信息系统北京市重点实验室北京100048 中国航天科工集团公司北京100048

将城市不透水地表盖度产品应用于城市群空间结构研究具有重要价值。本文基于多源遥感数据提取了"京津冀"与"波士华"城市群近40年(1972-2011年)亚像元级不透水地表专题信息,构建了城市群空间结构对比分析数据集;并引入引力模型和景观格... 详细信息

将城市不透水地表盖度产品应用于城市群空间结构研究具有重要价值。本文基于多源遥感数据提取了"京津冀"与"波士华"城市群近40年(1972-2011年)亚像元级不透水地表专题信息,构建了城市群空间结构对比分析数据集;并引入引力模型和景观格局理论,利用引力指数、景观格局指数以及空间结构参数等,采用地理信息系统空间分析方法,从城市群与城市两个尺度对城市群空间结构进行了对比研究。结果表明:(1)"京津冀"城市群不透水地表快速增长,而"波士华"城市群较为稳定;(2)"京津冀"城市群空间结构经历了城市孤立发展阶段、双核心城市群阶段、城市群组阶段以及城市群网络化阶段,"波士华"城市群空间结构较为稳定,空间结构呈现出"点—轴"带状分布;(3)中国城市不透水地表盖度"高—高"聚集区呈现出典型团块状"摊大饼"形态,而美国城市呈现出一种"多中心集聚、分散成组"的态势;(4)"京津冀"城市群生态、生产与生活用地不透水地表面积占比均高于"波士华"城市群。最后,基于两国城市群空间结构的对比结果,从空间布局优化角度对"京津冀"城市群的发展提出了初步建议。

关键词：不透水地表盖度城市群空间结构对比景观格局 “三生”空间

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基于假设检验的产品包装重量检测系统

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微计算机信息 2007年第10期23卷 146-148页

作者：曹世松阳建红第二炮兵工程学院陕西西安710025

提出了一种在虚拟仪器平台下实现对包装机性能进行实时监测和假设检验的方法。系统采用高性能的数据采集卡对流水线上的产品重量进行实时采集、显示和存储,并根据产品重量分布规律对包装机性能进行假设检验。测试结果表明系统具有精度... 详细信息

提出了一种在虚拟仪器平台下实现对包装机性能进行实时监测和假设检验的方法。系统采用高性能的数据采集卡对流水线上的产品重量进行实时采集、显示和存储,并根据产品重量分布规律对包装机性能进行假设检验。测试结果表明系统具有精度高、响应快、环境适应能力强等特点,具有广阔的应用前景。

关键词：重量检测假设检验虚拟仪器 LabVIEW

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北京市不同功能区不透水地表时空变化差异

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地理学报 2017年第11期72卷 2018-2031页

作者：乔琨朱文泉胡德勇郝明陈姗姗曹诗颂北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院北京100875 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 河北中核岩土工程有限责任公司石家庄050021

目前有关北京市不透水地表的相关研究多数是从整体层面开展,忽略了其内部功能区的作用及差异。运用分类回归树(CART)及系列变化检测模型得到北京市1991年、2001年、2011年和2015年四期不透水地表分布,并运用标准差椭圆、洛伦兹曲线、贡... 详细信息

目前有关北京市不透水地表的相关研究多数是从整体层面开展,忽略了其内部功能区的作用及差异。运用分类回归树(CART)及系列变化检测模型得到北京市1991年、2001年、2011年和2015年四期不透水地表分布,并运用标准差椭圆、洛伦兹曲线、贡献指数及景观格局理论对各功能区不透水地表的时空变化进行分析。结果显示:1991-2015年北京市不透水地表的总面积增加了约144.18%,分布的主导方向由早期的东北—西南趋向于当前的正北—正南。各功能区间不透水地表的空间分布异质性逐渐减弱,但贡献指数值存在很大差异:功能拓展区的贡献指数最高,其四年中的最低值(1.79)高于其他功能区四年最高值,是北京市不透水地表增长最主要的贡献区;功能核心区的蔓延度指数值最高,约为其他功能区的2倍,为不透水地表的优势聚集区;发展新区的贡献值由负值变为正值并成倍增长,成为北京市不透水地表增长的主要源区;生态涵养发展区的贡献指数始终为负,并逐年减小。不同类型不透水地表的景观指数和质心偏移均存在差异,高盖度不透水地表的形状指数和斑块密度值最小,分布最为集中,对生态环境影响较大,北京市在未来发展过程中应合理规划控制其空间格局及增长模式,尽量减缓其增长速度及团聚程度。

关键词：不透水地表景观格局 CART 功能区洛伦兹曲线贡献指数北京市

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中国地级市人为热总量的估算及驱动因素分析

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地球信息科学学报 2021年第3期23卷 405-418页

作者：蔡一乐曹诗颂杜明义李善飞陈姗姗北京建筑大学测绘与城市空间信息学院北京102616 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司北京100024 北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871

人为热一定程度上影响着城市的局地环境和微气候。以2016年中国地级市为研究对象,首先采用了能源消耗清单法结合Suomi-NPP(National Polar-orbiting Partnership)VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)夜间灯光数据的方法估算了格网尺度的人为热通量;其次,分别使用最小二乘法和地理加权回归法模型在全局和局部尺度上研究不同因素对人为热总量的影响;进一步使用自然断点法划分出其中的主导因素。得出以下结论:(1)各地级市的人为热总量具有显著的空间差异,京津冀、长江三角洲、珠江三角洲城市群所在的中国东南地区,人为热总量相对较高;(2)能源消耗、民用汽车数量、人均生产总值是全局尺度上人为热总量的主要驱动因素;人口密度、第二产业占比、道路密度和建成区面积对人为热总量的影响呈现出较强的空间异质性;外商直接投资额则在全局尺度对人为热总量的影响较低。(3)主导因素分析表明无主导因素的地级市主要位于中国的西南部,以能源消耗、民用汽车数量、人均生产总值为单一主导因素的地级市主要聚集于中国的东南部、中部及东北部、西北部,并在其周边交叉地区形成了一些数量较少的双重主导因素地级市。本文的研究为政府相关部门对于人为热调控政策的制定提供了依据。

关键词：人为热驱动因素夜间灯光最小二乘法地理加权回归自然断点法地级市中国

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顾及城区形态特征的太阳辐射传输模型及其遥感应用

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遥感学报 2021年第10期25卷 2116-2126页

作者：胡德勇张亚妮刘曼晴于琛曹诗颂狄宇飞首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 资源环境与地理信息系统北京市重点实验室北京100048 北京建筑大学测绘与城市空间信息学院北京100044

准确量化地表太阳辐射量是反射率遥感反演之基础,开展城区表面辐射研究具有重要意义。本文选择天空视域因子(V)表征城区下垫面形态特征,并区分太阳直接辐射、天空漫辐射以及环境辐射的不同影响,构建了城区表面太阳辐射模型USSR(Urban Su... 详细信息

准确量化地表太阳辐射量是反射率遥感反演之基础,开展城区表面辐射研究具有重要意义。本文选择天空视域因子(V)表征城区下垫面形态特征,并区分太阳直接辐射、天空漫辐射以及环境辐射的不同影响,构建了城区表面太阳辐射模型USSR(Urban Surface Solar Radiation);然后,以Landsat 8可见光和近红外波段遥感数据为例,分析了USSR模型对于量化城区表面太阳辐射的应用前景。研究结论为:(1)USSR模型以天空视域因子为核心要素,清楚量化了城区表面各辐射分量,有效模拟了城区表面太阳辐射传输过程,能够较好地表达城区下垫面形态结构对入射辐射的影响;(2)将USSR模型应用于Landsat 8遥感数据可见光和近红外波段时,基于USSR模型估算得到的城区表面太阳辐射,与不考虑下垫面形态特征影响相比,前者可以较好地表达城区下垫面对入射辐射的"截留"作用;(3)USSR模型估算结果与TEB模型相比,二者具有较高的相关性,间接验证了USSR模型的可用性;(4)对USSR模型的V和下垫面反射率两变量进行敏感性分析,显示随着V值的增加,结果呈递增趋势;通常情况下的地表反射参数P设置值,相对于参数V的影响要弱,呈现不敏感性。本文提出的USSR模型可订正城区表面太阳辐射值,从而拓展城市遥感的应用深度和广度。

关键词：太阳辐射城区表面形态特征天空视域因子下垫面反射率

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近30年北京市ISP-LST空间特征及其变化

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地理研究 2019年第9期38卷 2346-2356页

作者：于琛胡德勇曹诗颂张旸张亚妮段欣首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 首都师范大学资源环境与地理信息系统北京市重点实验室北京100048 北京建筑大学测绘与城市空间信息学院北京100044

本文聚焦长时序地表的不透水与温度特征,利用Landsat影像数据,获取1991-2015年北京市的不透水地表盖度(Impervious Surface Percentage, ISP)与地表温度(Land Surface Temperature, LST)数据,构建不透水地表盖度-地表温度(ISP-LST)二维空间。结合标准差椭圆法,对ISP-LST空间密度分布的聚集特性进行分析,定量化表述各时期的特征与变化。研究发现:①ISP-LST二维空间特征表现为三种类型:弱相关、非完全正相关和显著正相关。②ISP-LST标准差椭圆的方向性和离散性均值为11.26和2.87,空间聚集性良好。随时间推移,高温现象受不透水地表的影响过程趋于复杂化。③ISP-LST聚集区是城市热环境的重要表征,其在各功能区年际增长率为:功能扩展区(2.97%)>核心功能区(1.75%)>发展新区(1.63%)>生态涵养区(0.18%)。聚集区在东南方向增长明显,研究时段内累计增长14.77%。④ISP-LST聚集区的斑块密度及形状复杂度的景观格局变化不大,但斑块连接性随时间推移有所降低。本文研究结果可为缓解城市热岛效应、制定生态环境调控政策提供相应参考。

关键词：不透水地表盖度地表温度二维空间特征标准差椭圆 ISP-LST聚集区

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